基于宏微复合标定的跨尺度零件测量方法

为了实现对跨尺度零件微小结构的尺寸精度和定位精度的同时测量,提出一种基于宏微复合标定的测量方法。建立不同尺度传感器组合式测量的标定模型,利用变焦扫描显微系统测量零件微尺度特征,利用双目系统测量定位显微设备,从控制坐标转换精度的角度设计加工特殊的标定块,将其作为跨尺度中转坐标系,标定变焦扫描显微重建点云坐标系与测头坐标系的空间转换关系,从而将局部测量点云统一至一个数据集中以完成所有局部区域的整体拼接。与理论模型对比分析,所提测量方法的各孔圆心坐标分布圆度误差为0.0438 mm,平面度误差为0.0252 mm,对喷注器各孔位姿的点误差值小于0.029 mm,孔轴向误差小于0.1140°。与面结构光传感器重建结果对比分析,所提模型能够在保证高精度重建三维形貌的情况下,更加正确地获取跨尺度零件的尺寸和位置。     

线结构光检测车体空间尺寸的标定方法研究

线结构光作为一种主动式、非接触的测量技术,在质量检测、数字化建模等领域具有无可比拟的优势。城市的发展使得轨道列车的需求越来越大,因此车体的尺寸精度将直接影响列车的装配质量、行车性能和安全。提出了基于线结构光的轨道列车车体尺寸测量方法和该系统的标定方法,同时搭建了测量实验系统,实现车体空间尺寸精确可靠的自动化测量。该标定方法降低了标定设备的成本,简化了标定过程,提高了测量系统工程化应用的便捷性。实验结果表明,使用这种标定方法使整个测量系统测量精度达到0.5mm。     

一种基于机械式拼接的结构光扫描测量方法

测量大尺寸零部件一般需要较大的测量范围,而高精密扫描传感器往往视野较小。为了解决该矛盾,提出了一种基于机械式拼接的结构光扫描测量方法,通过结构光扫描仪获取局部高精点云,并利用高精十字平移台实现数据拼接。分析了测量系统的组成和测量原理,提出了一种基于加权非线性优化的外参标定方法,求解出结构光扫描仪和十字平移台之间非实物坐标系的变换关系。在实验中验证了系统在300 mm的测量范围内球心距的均方根误差（root-mean-square error,RMSE）优于45 μm;同时对实物进行了测量,检验了测量系统的实用性。     

一种超宽视场光学系统的畸变测量方法及畸变校正

超宽视场光学系统的畸变直接影响着成像的几何位置精度,且误差随视场的加大而陡升。对精密测量及复制等工作造成很大影响。提出了一种基于面阵CCD和PC机的畸变测量方法,以面阵CCD光敏元的几何位置作为目标板,通过相关图像处理进行尺寸测量,避免了人为因素的影响,并且可以多人同时观测,结果可以以图片形式保存以备以后查验,且为畸变的校正提供了原始数据。采用数据拟合的畸变校正方法,可以获得较高的精度。     

光条亮度对线结构光测量精度的影响

光条中心的提取精度直接影响线结构光传感器最后的测量精度,而光条亮度是影响提取精度的主要因素。提出了光条中心提取精度的评价方法,通过实验获得光条亮度与光条中心提取精度之间的关系曲线;为了在实际测量中能获得最佳光条亮度(对应最高的提取精度)设计了基于D/A转换的光条亮度自适应调节电路。实验结果表明:光条过暗或过亮都会使线结构光传感器的测量精度降低,在测量不同颜色的表面时通过光条亮度的自适应调节均可获得最高的提取精度。     

一种基于多次反射像的三维测量方法

采用多目结构光对金属类物体进行三维测量时,由于反射光强随角度变化极大,各相机获得的结构光图像会有明显差异,从而降低了图像的匹配程度;在某些反射强烈的位置,杂散光甚至会造成线结构光无法测量的情况。此外,使用同一参数对图像进行匹配或处理时,在反射率和反射性能差别较大的材料同时出现的情况下,测量精度会比较差。针对上述问题,提出一种基于形成多次反射成像的结构光三维测量方法以及仪器标定方法。此方法通过建立多次反射像对应点的图像坐标与空间坐标的关系来解算结构光像点的空间坐标。实验结果表明,该方法在一定程度上克服了用结构光测量高反表面时遇到的亮度反差大和高反问题,其测量精度在本实验平台上达到了±0.1 mm的工程要求。     

激光扫描测头视觉系统结构参数优化

线结构光视觉测量系统是激光扫描测头的重要组成部分,为了提高激光扫描测头的测量精度及可靠性,提出一种线结构光视觉系统结构参数优化设计方法。分析了影响该测量系统整体测量精度的因素以及该测量系统的结构误差模型,并建立了应用于激光扫描测头的结构约束条件,通过该约束条件建立了结构参数优化仿真系统,进而得到仿真优化后的结构参数,即最优结构参数,并设计实测实验验证其合理性。测得优化后的线结构光视觉系统测量空间点间距相对误差为0.019 8 mm,本文结果表明优化方法的有效性,并具有较好的精度。     

面向光学测量跨源点云的多尺度采样配准方法

为了实现具有不同测量尺度、分辨率与精度等特性的跨源点云的精确配准,提出了基于多尺度采样的测量点云数据配准方法。通过尺度滑移算法来滤除高频细节信息,保留轮廓数据,并结合体素网格邻域法来实现点云数据的降采样;对于宏观结构光视觉测量的低分辨率点云数据,通过基于深度学习的渐进式三维点云上采样算法可以精确还原结构光点云的轮廓细节,实现跨源点云在尺度与分辨率上的统一。最后,采用迭代最近点法对处理后尺度近似的数据进行配准,并将配准关系逆向用于原始跨源点云的配准。实验结果表明,多尺度采样方法对于跨源点云的配准精度有所提高,能有效用于发动机叶片等零部件的高性能检测。     

基于线结构光的视频内窥镜测量技术

针对视频内窥镜的测量需求，提出了一种基于线结构激光照射的测量技术。采用线激光作为定标光照射物体表面，建立了线结构光成像模型，标定了不同物距时的放大率和图像中线位置间的比例系数。通过构建测量平台计算了物体的几何参数，实验结果表明测量误差在10%以内，能够满足视频内窥镜观测和测量要求。     

逆向工程中基于共轴立体视觉的曲面边界测量

针对逆向工程中引导性曲面边界信息的快速获取问题,系统地研究了共轴立体视觉测量方法,建立该方法的数学模型,详细分析了摄像机焦距、基线距等系统结构参数及被测点空间位置对测量精度的影响,通过数学分析确定摄像机基线距的最佳取值范围,研究共轴立体视觉测量系统特殊的极线几何关系.提出基于共轴立体视觉的曲面边界快速测量方法,利用三坐标测量机的精密机械系统及精确的空间定位能力,用单个摄像机以两次共轴定位摄取图像的方式实现共轴立体视觉测量功能,然后利用共轴立体视觉外极线相互平行且通过各自像平面主点的特殊极线几何关系简化同源像点匹配过程,从而快速获取被测曲面的边界信息.实验结果表明:用基于三坐标测量机的单摄像机共轴立体视觉测量方法获取的曲面边界平均误差为0.268 mm,基本满足逆向工程中对引导性曲面边界的测量精度要求.     

遮挡区域空间位姿的多传感组合测量方法研究

针对狭长区域模块间存在视野遮挡、对接区域尺寸微小等问题,提出了一种多传感器组合位姿测量方法。该方法采用了布置在模块前后的轮廓仪与激光位移传感器联合获取模块上特征平面点云数据,利用平面拟合与空间几何投影的方法解算出章动角的旋转与位置的平移偏差,结合固定在目标上倾角仪提供的水平角信息解算出进动角与自转角的旋转偏差,研制了自动对接平台样机,实现了对接区域相对位姿的间接测量。实验结果表明,系统的位置与姿态测量精度分别优于40 μm、0.02°,且测量稳定性与效益较人工测量有明显提高,证明了所提方法的有效性,满足对设备模块间的高精度位姿测量需求。     

基于激光扫描的接触网几何参数检测方法研究

针对当前电气化铁路接触网几何参数日常检测的需求,提出了一种基于激光扫描的接触网几何参数检测方法,即结合激光扫描仪、光电编码器和工控机等硬件设备进行编程处理以实现相关几何参数的非接触式采集、采样点定位和数据处理以获得接触网的各个几何参数,经试验该方法能有效的提高接触网几何参数检测精度,测量精度达到±3mm,具有实际意义。     

一种面向空间非合作目标位姿测量应用的三维点云滤波算法

针对激光位姿敏感器获得的原始点云有噪声和直接参与解算消耗星上计算资源过大问题,给出一种适用于空间非合作目标位姿测量的点云滤波和特征提取算法。应用仿真的方法分别验证了算法滤除空间随机噪声和点云降采样的有效性,验证了特征点对目标位姿变化和高斯测量噪声的鲁棒性。在非合作目标绕飞、抵近、捕获全物理试验平台上,以扫描激光位姿敏感器获得的原始点云数据为输入,验证了算法在实际空间目标位姿测量中的性能。试验结果表明,该算法实现了原始点云93.1%的降采样,节省了92.9%的位姿解算时间,可有效提升星上数据处理的效率和姿态解算的实时性。     

基于多视角融合的夜间无人车三维目标检测

为了提高无人车在夜间情况下对周围环境的物体识别能力,提出一种基于多视角通道融合网络的无人车夜间三维目标检测方法。引入多传感器融合的思想,在红外图像的基础上加入激光雷达点云进行目标检测。通过对激光雷达点云进行编码变换成鸟瞰图形式和前视图形式,与红外图像组成多视角通道,各通道信息之间融合互补,从而提高夜间无人车对周围物体的识别能力。该网络将红外图像与激光雷达点云作为网络的输入,网络通过特征提取层、候选区域层和通道融合层准确地回归检测出目标的位置以及所属的类别。实验结果表明,该方法能够提高无人车在夜间的物体识别能力,在实验室的测试数据中准确率达到90%,速度0.43 s/帧,达到了实际应用要求。     

基于激光点云多条件约束的相机检校方法

为了克服相机检校对二维/三维检校场的依赖,提出一种基于激光点云多条件约束的相机检校方法.该方法通过对相机获取的多视影像进行光束法平差获得初始相机参数;利用影像点云与其最邻近的激光点云之间的位置关系,以共线方程为基础模型,建立多条件约束的相机检校数学模型;使用不等式约束的最小二乘方法平差迭代解算相机参数.将本文方法与基于...     

多源信息融合的环境舒适度检测与评价

为了能够实现对室内环境的监测和舒适度的调节,首先需要获取准确、及时的室内环境参数。针对目前室内环境监测系统存在自动化程度低、检测点部署欠灵活,安装维护困难,监控难度大等问题,设计开发了一种基于无线传感网络的室内环境监测系统。以ZigBee技术为核心,构建无线传感器网络,自动采集和传输室内相关环境参数;通过结合物联网云平台,实现远程监控和报警;运用模糊综合评价的方法,通过统计、分析、计算,得到符合实际的室内环境舒适度水平。本系统通过硬件设计降低了室内环境监测成本,通过软件设计提高了系统的监测水平和灵活性,通过结合模糊综合评价方法和物联网云平台降低了监控难度。经实验,验证了本系统在实际环境下的使用性能,适合推广应用。     

Numerical study of centroid detection accuracy for Shack-Hartmann wavefront sensor

It is crucial for the wavefront sensor to reduce the influence of noise and enhance the detection accuracy of the centroid, which is also an important step for improving the performances of adaptive optics. In this paper, based on the theoretical analysis and by utilizing the Monte-Carlo simulation (MCS) technology, the results obtained by using the centroid algorithms have been compared in detail for the case, in which centroid of the signal is not at the center of the detection area and it also has a relatively large area. It is shown that the size of the signal spot and its centroid position have considerable influences on the centroid detection accuracy. The numerical results agree well with the theoretical predictions and the optimized parameters for each algorithm have been found. The study will be helpful for further optimizing the optical system and improving the centroid measurement accuracy of the wavefront sensor.     

大尺度阻隔空间姿态组合测量方法研究北大核心CSCD

针对大尺度空间姿态测量中因空间阻隔导致目标特征点遮挡的问题,提出了一种基于多传感器组合的姿态测量方法。通过数字水准仪与姿态探针实现被测特征点的单坐标基准测量,由特征点的水平高差和已知几何约束关系解算得到目标初始姿态值。在此基础上标定高精度倾角传感器与被测目标之间的姿态旋转矩阵,基于坐标变换理论可由传感器输出实时解算目标姿态。实验结果表明:在10 m范围内,姿态测量相对精度优于0.0015°,重复性测量误差小于0.0004°,适用于大尺度阻隔空间姿态的精密实时测量。     

圆形阵列无线传感器的鸟鸣声检测方法*

针对海岛湿地自然保护区鸟类等发声动物监测困难的问题,开发了基于物联网的圆形阵列无线传感器实时在线监测系统。鉴于保护区现场环境条件的特殊性,为保障传感器系统在野外长期稳定运行,需减少无鸣声数据的传输量来减轻系统负担,该文提出了基于子带能量谱熵比的动态双门限鸟类鸣声端点检测算法,对监测数据的有效鸣声段检测后实时回传到云平台。经过仿真和野外实测数据对比了不同信噪比下的鸣声检测性能,结果表明在暴风雨、风浪等海岛自然环境噪声下,鸟鸣声端点检测算法的准确率达90%以上,基本可实现海岛环境中的有效鸣声端点检测,提升了圆形阵列无线传感器系统的可靠性。